一种固井水泥浆用自由液控制剂及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及油气井固井领域的水泥浆用自由液控制剂，更进一步说，涉及一种固 井水泥浆用自由液控制剂及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002] 直径段固井时，在环空水泥柱中，较大的颗粒在重力的作用下会发生沉降，可能有 聚集和桥塞的倾向，而桥塞下面的位置自由液聚集有时就可生成水槽或水带，加压时造成 水泥石破裂。除此以外，自由液聚集形成水囊还妨碍水泥对套管和地层的胶结。也可能过 早地胶凝，对地层产生较低的静压或不产生静压，而发生气窜。水平井固井中，水平段形成 的自由液会逐渐上移，当达到一定量时，在环空水泥上部的自由液囊相互连通，构成自由液 槽或水带，也易导致气窜，影响固井质量。
[0003] 目前固井中控制自由液的外加剂主要有：膨润土、绿坡缕石、偏硅酸钠、硅藻土、水 玻璃、天然火山灰、粉煤灰、明矾或硫酸铝、纤维素、碱式氯化铝、超细水泥等，但其作用效果 有一定的局限性。如膨润土、绿坡缕石、硅藻土等控制自由液效果不明显且影响水泥石强 度；超细水泥水化速度过快，存在不确定性；偏硅酸钠、水玻璃常作为早强剂使用，其加量 变化会影响水泥浆流变性质，控制自由液效果不明显；明矾或硫酸铝、纤维素、碱式氯化铝 等易使水泥浆增稠。以上这些外加剂或外掺料单独使用并没有完全解决固井中自由液的控 制问题，均没有形成稳定成熟的自由液控制剂。
[0004] 邱燮和等介绍了液硅能减少水泥浆的自由液。（邱燮和，王良才，郭广 平.Microblock液硅的评价及在中国油田的应用[J].钻井液与完井液.2010 (04).)其中 介绍液娃作为自由液控制剂，有明显的效果，但该技术方案液娃的加量较大，一般加入10% 以上。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种固井水泥浆用自由液 控制剂及其制备方法与应用，便于固井用零自由液水泥浆的制备，其制备方法简单，成本低 廉，而且使用效果好，使用量少。
[0006] 本发明目的之一是提供一种固井水泥浆用自由液控制剂，为包含有共混的以下组 分的悬浊液：纳米绿坡缕石（又名坡缕石或凹凸棒石）、纳米二氧化硅、分散剂、浆体稳定剂 和水，组成悬浊液体；其中，以重量份数计，水的重量份数为100份；所述纳米绿坡缕石，粒 径5~200nm，用量为10~30份，优选20~30份；所述纳米二氧化硅，粒径10~260nm， 用量为20~40份，优选20~30份。所述分散剂的用量为0. 1~1份，优选0. 5~0. 7份， 具体可选自聚羧酸分散剂、硅烷共聚分散剂或聚磺酸分散剂中的至少一种；所述浆体稳定 剂的用量为〇. 5~1份（优选0. 5~0. 6份），选自羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、黄原 胶、硬葡聚糖、文莱胶中的至少一种。其中，纳米绿坡缕石和纳米二氧化硅主要起到控制自 由水的作用，而以分散剂将其制备成悬浊液体便于现场配浆使用，方便其应用。同时，加入 桨体稳定剂便于产品长期储存，防止其沉淀，增加稳定性。
[0007] 其中，所述聚羧酸分散剂可选自聚丙烯酸、马来酸-丙烯酸共聚物、丙烯酸-丙烯 酸羟丙酯共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯-膦酸-磺酸盐共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸盐共 聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物中的至少一种，其中，优选聚丙烯酸；所述硅烷共聚分散剂 可选自聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚体、端基带有可水解的硅烷键-Si (-0-CH3)3的聚合物 中的至少一种，其中，优选聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚体；所述聚磺酸分散剂可选自丙烯 酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物、焦亚硫酸钠-甲醛-丙酮共聚物中的至少一种，其 中，优选焦亚硫酸钠-甲醛-丙酮共聚物。
[0008] 为了进一步增强产品长期储存稳定性，防止其沉淀，本发明所述固井水泥浆用自 由液控制剂的pH值优选为9~11。
[0009] 本发明目的之二是提供一种固井水泥浆用自由液控制剂的制备方法，包括以下步 骤：
[0010] 将包含有以上所述组分在内的组分混合均匀成悬浊液，即得本发明所述的固井水 泥浆用自由液控制剂。其中，优选将所述悬浊液的pH值调至9~11。
[0011] 本发明目的之三是所述的固井水泥浆用自由液控制剂在水泥浆中的应用，尤其是 在固井水泥浆中的应用。
[0012] 所述固井水泥浆用自由液控制剂在水泥浆中的应用，包括将所述固井水泥浆用自 由液控制剂与水泥及水泥浆所加助剂等混合均匀后配成水泥浆；配成水泥浆的所加助剂， 比如消泡剂、降失水剂等，以及配成水泥浆的步骤和设备均为现有技术中已有的。
[0013] 其中所述固井水泥浆用自由液控制剂的用量为水泥重量的1~5%。
[0014] 以上所述混合可以是现有技术中的各种混合方式，比如搅拌等，所用设备可以为 现有技术中各种混合设备，比如搅拌机等。
[0015] 通过使用本发明的固井水泥浆用自由液控制剂，可改善固井水泥浆控制自由液的 性能，并能有效消除或降低固井水泥浆自由液，便于固井用零自由液水泥浆的制备，而且使 用效果好，使用量少，具有较好的推广和应用价值。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合实施例，进一步说明本发明。
[0017] 所用原料来源：
[0018] 纳米绿坡缕石：江苏玖川纳米材料科技有限公司，高纯纳米级凹凸棒粘土；
[0019] 纳米二氧化娃：南京海泰纳米材料有限公司，纳米氧化石圭；
[0020] 聚羧酸分散剂：德州大陆架石油工程技术有限公司，DZH-1 ;
[0021] 聚磺酸分散剂：德州大陆架石油工程技术有限公司，DZS ;
[0022] 硅烷共聚分散剂：赫斯迈功能材料（上海）有限公司，Hydispex P104S ;
[0023] 浆体稳定剂羟乙基纤维素：常州市凯杰化工有限公司，羟乙基纤维素；
[0024] 浆体稳定剂黄原胶：淄博中轩生化有限公司，BP9260 ;
[0025] 浆体稳定剂文莱胶：美国斯比凯可公司，KELC0- CRETE? DG-F定优胶；
[0026] 楽体稳定剂硬葡聚糖：法国Sanofi Industrie公司，Actigum CS-11 ;
[0027] NaOH:市售产品；
[0028] 油井水泥：四川嘉华企业（集团）股份有限公司，嘉华G级高抗油井水泥；
[0029] 水：通用自来水；
[0030] 消泡剂：德州大陆架石油工程技术有限公司，DZX ;
[0031] 降失水剂：德州大陆架石油工程技术有限公司，DZJY ;
[0032] 其它试剂均为市售产品。
[0033] -、自由液控制剂制备
[0034] 实施例1
[0035] 使用原料如下：
[0036] 水的用量为100g ;
[0037] 纳米绿坡缕石，粒径20~50nm，用量为20g ;
[0038] 纳米二氧化硅，粒径30~100nm，用量为30g ;
[0039] 聚羧酸分散剂用量为〇· 5g ;
[0040] 浆体稳定剂羟乙基纤维素用量为0. 5g ;
[0041] 制备方法：将上述组分混合，高速（12000 ± 500转/分）搅拌均匀，NaOH调整悬浊 液pH = 9,即得本发明的固井水泥浆用自由液控制剂。
[0042] 实施例2
[0043] 使用原料如下：
[0044] 水的用量为100g ;
[0045] 纳米绿坡缕石，粒径10~20nm，用量为10g ;
[0046] 纳米二氧化硅，粒径20~50nm，用量为30g ;
[0047] 硅烷共聚分散剂用量为lg ;
[0048] 浆体稳定剂黄原胶用量为0· 5g ;
[0049] 制备方法：将上述组分混合，高速（12000 ± 500转/分）搅拌均匀，NaOH调整悬浊 液pH = 10,即得本发明的固井水泥浆用自由液控制剂。
[0050] 实施例3
[0051] 使用原料如下：
[0052] 水的用量为100g ;
[0053] 纳米绿坡缕石，粒径30~lOOnm，用量为30g ;
[0054] 纳米二氧化硅，粒径100~200nm，用量为30g ;
[0055] 硅烷共聚分散剂用量为〇· 5g ;
[0056] 浆体稳定剂文莱胶用量为0. 5g ;
[0057] 制备方法：将上述组分混合，高速（12000 ±500转/分）搅拌均匀，NaOH调整悬浊 液pH = 9,即得本发明的固井水泥浆用自由液控制剂。
[0058] 实施例4
[0059] 使用原料如下：
[0060] 水的用量为l〇〇g ;
[0061] 纳米绿坡缕石，粒径100~200nm，用量为30g ;
[0062] 纳米二氧化硅，粒径200~260nm，用量为30g ;
[0063] 硅烷共聚分散剂用量为〇· 2g ;
[0064] 浆体稳定剂硬葡聚糖用量为0. 6g ;
[006